KR101796715B1 - 엘엔지의 선박 엔진 공급방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 엘엔지의 선박 엔진 공급방법에 관한 것으로, 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)는 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 것으로,
엘엔지 가스가 안정적으로 공급되며 연료 낭비가 적은 현저한 효과가 있다.

Description

엘엔지의 선박 엔진 공급방법 { ship engine supply method of LNG }

본발명은 엘엔지의 선박 엔진 공급방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)가 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 것으로 엘엔지 가스가 안정적으로 공급되며 연료 낭비가 적은 엘엔지의 선박 엔진 공급방법에 관한 것이다.

일반적으로 엘엔지의 선박 엔진 공급방법으로서 공개특허공보 공개번호 10-2017-0055399에는 프로펠러에 직접 동력을 전달하는 엔진을 탑재한 LNG 운반선에 있어서, 액화가스를 저장하는 액화가스 저장탱크; 및 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 상기 엔진의 연료로 공급하는 증발가스 압축기를 포함하고, 상기 액화가스 저장탱크에서 발생하는 증발가스의 양이 상기 엔진에서 요구하는 증발가스량보다 많은 경우, 상기 액화가스 저장탱크 내에서 증발가스를 축압하여, 상기 증발가스를 액화시키는 재액화장치를 구비하지 않는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선이 공개되어 있다.

또한, 등록특허공보 등록번호 10-0995803호에는 LNG의 적재 항해시에 LNG 운반선의 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스를 선박 추진용 메인 엔진으로 공급하여 추진 연료로서 사용하도록 구성된 LNG 운반선의 추진 연료 공급 장치에 있어서, 상기 LNG 저장탱크로부터의 증발가스 배출라인에서 분기되어 상기 메인 엔진까지 연결되어 LNG의 적재 항해시에 LNG 저장탱크 내의 증발가스를 추진 연료로서 상기 메인 엔진으로 공급하는 제1 연료용 증발가스 공급라인과, 압축된 천연가스를 내부에 수용할 수 있도록 설계된 저장용 압력 용기와, 상기 LNG 저장탱크로부터의 증발가스 배출라인에서 분기되어 상기 저장용 압력 용기까지 연결되어 LNG의 적재 항해시에 상기 LNG 저장탱크에서 발생하는 증발가스 중 상기 메인 엔진에서 추진 연료로서 사용되는 양을 초과하는 잉여의 증발가스를 상기 저장용 압력 용기로 공급하는 저장용 증발가스 공급라인과, 상기 저장용 증발가스 공급라인의 도중에 설치되어 상기 잉여의 증발가스를 압축한 후 상기 저장용 압력 용기로공급하는 압축기와, 상기 저장용 압력 용기의 상부로부터 상기 제1 연료용 증발가스 공급라인의 도중에 연결되어 발라스트 항해시에 상기 저장용 압력 용기 내의 증발가스를 추진 연료로서 상기 메인 엔진으로 공급하는 제2 연료용 증발가스 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 LNG 운반선의 추진 연료 공급 장치가 공개되어 있다.

그러나 종래 엘엔지의 선박 엔진 공급방법은 구조가 복잡하고 설치 및 유지보수경비가 과다하며 엘엔지 공급이 불안정하며 연료 낭비가 크며 효율이 낮다는 단점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)가 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 것으로 엘엔지 가스가 안정적으로 공급되며 연료 낭비가 적은 엘엔지의 선박 엔진 공급방법을 제공하고자 하는 것이다.

본발명은 엘엔지의 선박 엔진 공급방법에 관한 것으로, 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)는 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 것을 특징으로 한다.

따라서 본발명은 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)가 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 것으로 엘엔지 가스가 안정적으로 공급되며 연료 낭비가 적은 현저한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열교환기(100)가 LNG 연료 추진선박의 연료공급장치에서 BOG(Boil Off Gas)를 압축시 발생하는 고온의 열을 흡수하여 압축기의 효율을 높이는데 사용되는 것으로, 즉, 압축기는 기체를 압축할 때 발생하는 열 때문에 힘들게 가압한 기체의 밀도가 희박하게 되어 일정 수준이상에는 더 이상 압축이 불가하게 되기에 이에, 압축시 발생하는 열을 냉각하여 줌으로써 더욱더 압축효율을 높일 수 있도록 하는 현저한 효과가 있다.

도 1은 본발명의 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급 개략도
도 2는 본발명의 열교환기 모듈 개략도
도 3은 본 발명 열교환기의 조립도
도 4는 본 발명 열교환기의 일부분 확대 상세도

본발명은 엘엔지의 선박 엔진 공급방법에 관한 것으로, 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)는 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 열교환기 모듈은 다수 개가 순차적으로 연결되며, 각 열교환기 모듈에는 압축기가 설치되어 순차적으로 압력이 증가되는 것을 특징으로 한다.

본발명을 첨부도면에 의해 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본발명의 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급 개략도, 도 2는 본발명의 열교환기 모듈 개략도, 도 3은 종래의 검검구가 없는 기화기 사진, 도 3은 종래의 기화기 단면도, 도 4는 본 발명 열교환기의 조립도, 도 4는 본 발명 열교환기의 일부분 확대 상세도이다.

본발명은 고압용(300 bar) 열 교환기 모듈(5 Stage)은 ME-GI 엔진이 장착된 LNG 연료 추진선박의 연료공급장치에서 BOG(Boil Off Gas, 자연 증발된 천연가스) 압축 시에 발생하는 고온의 열을 흡수하여 압축기의 효율을 높이는데 필요한 장치이다.

본발명의 엘엔지 기체는 300bar, 45℃의 조건으로 엔진에 인입되는 것이다.

열교환기 모듈은 5개가 순차적으로 연결되며, 각 열교환기 모듈에는 압축기가 설치되어 1단계에서 5단계로 순차적으로 압력이 증가되는 것이다.

본발명은 상기 엘엔지 저장탱크와 열교환기 모듈 사이에는 콜드박스가 설치된다.

상기 콜드박스는 압축과정을 통해서 ME-GI엔진(메인엔진)이 아닌, DF Genset(발전기엔진)에 공급하고 남은 가스나, 5단계 압축과정을 거치고 메인엔진에 공급되고 남은 잉여 가스를 재액화하는 장치이다. 이 재액화된 엘엔지 액체는 다시 엘엔지 저장탱크로 되돌려 보내진다.

구체적으로 기재하면, 본발명 LNG 연료 추진선박의 연료공급장치에서 BOG 압축에 총 5단계의 압축과정을 거치게 되고, 최초 1단계에서 압축기에서의 압력은 5bar인 것이 최종 5단계에서는 300bar의 압력이 발생하기 때문에 상술한 바와 같이 고압의 압력에서 기밀을 유지할 수 있는 열교환기 모듈이 필요하게 되는 것이다.

더욱 상세하게는, 첫 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG의 압력은 5bar, 온도는 170℃로서 첫 번째 설치된 열교환기 모듈에 의해 43℃로 냉각되어 두 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며, 두 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG의 압력은 13bar, 온도는 163℃가 된다.

그리고 두 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 세 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며, 세 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 압력이 44bar, 온도는 164℃가 된다.

이에, 세 번째 설치된 열교환기 모듈에서 다시 온도가 43℃로 냉각되어 네 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며, 네 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 압력이 95bar, 온도가 113℃가 된다.

상기 네 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 네 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈 압축기로 유입되어 압축과정을 거치게 되며, 이때 압력은 무려 300bar가 되고, 온도는 144℃가 된다.

끝으로 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 고압의 BOG는 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 외부로 배출되게 된다.

한편, 본발명의 열교환기 모듈에 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 열교환기 모듈(100)은 내부공간이 형성되어 있는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 내부에 몸체(110)의 길이방향으로 길게 형성된 복수 개의 칸막이(120)에 의해 복수 개의 공간으로 구획되어 있다.

그리고 상기 칸막이(120)의 양단부 측에는 칸막이(120)에 의해 구획된 다른 공간으로 유체가 이동할 수 있는 유로구가 형성되어 있고, 상기 몸체(110)의 양측면에는 몸체(110)의 내부로 유체가 유입되는 입수구와 출수구로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.

이에, 유체가 상기 몸체(110)의 입수구를 통해 입수되어 복수 개의 칸막이(120)에 의해 분리되어 있는 공간을 순차적으로 통과한 후, 몸체(110)의 출수구를 통해 외부로 유체가 출수되는 것이다.

특히, 상기 몸체(110)는 길이방향의 양단이 개구되도록 형성하고, 상기 몸체(110)의 내부에 장착되는 복수 개의 칸막이(120)는 몸체(110)의 길이보다 짧게 형성하여 몸체(110)와 칸막이(120) 간에는 단차가 형성되도록 하였다.

그리고 상기 몸체(110)의 양단에 형성된 개구부를 통해 몸체(110)의 내주면과 칸막이(120)의 단부에는 기밀을 강화하기 위한 밀폐수단(130)을 장착함으로써 상기 몸체(110)의 입수구를 통해 입수되는 유체는 칸막이(120)의 양단으로는 누수되지 않고 칸막이(120)에 형성된 유로구를 통해서만 순차적으로 이동한 후, 몸체(110)의 출수구를 통해 외부로 출수되도록 한 것이다.

한편, 상기 밀폐수단(130)은 칸막이(120)의 단부에 일면이 접촉되도록 장착되는 보강프레임(131)과, 상기 보강프레임(131)의 타면에 기밀을 유지하도록 안착시키는 가스켓(132)과, 상기 가스켓(132)의 외측면에 장착되어 몸체(110)의 양단에 형성된 개구부를 밀폐하는 밀폐판(133)으로 이루어져 있다.

그리고 상기 보강프레임(131)과 가스켓(132) 및 밀폐판(133)에는 각각 복수 개의 볼트공이 형성되어 있어 상기 보강프레임(131)과 가스켓(132) 및 밀폐판(133)에 형성된 볼트공을 일치시킨 후, 볼트(134)를 볼트공에 삽입시켜 서로 고정하였다.

더욱 효율적인 기밀유지를 위해서는 보강프레임(131)의 면적이 칸막이(120)의 단부 측 면적보다 상대적으로 크게 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 고온과 고압의 상태에서 기밀을 유지하기 위해 상기 가스켓(132)은 그라파이트를 소결압축하여 제조한 것을 사용하도록 하며, 보강프레임(131)과 밀폐판(133)은 SUS판을 사용하도록 한다.

더욱 상세하게는 상기 가스켓(132)은 SUS판의 양단에 그라파이트를 부착해서 고압으로 압축 성형하여 제조한 것이다.

상기 보강프레임(131)은 용접에 의해 몸체(110)의 내주면에 고정되도록 하였다.

또 다른 실시로서는 상기 칸막이(120)와 접촉되는 보강프레임(131)의 일면에는 칸막이(120)의 단부가 삽입되는 안착홀(도면 미도시)을 형성하여, 보강프레임(131)의 안착홀에 칸막이(120)의 단부가 일정부분 삽입되도록 함으로써 더욱더 효과적으로 기밀이 유지되도록 하는 한편, 안착홀의 내부에는 기밀을 향상시키기 위해 패킹부재를 장착할 수도 있다.

상기 패킹부재는 고압 및 고온에 견딜 수 있는 목적으로 제조된 합성수지 또는 세라믹 재질로 제작되는 것이 바람직하다.

본 발명의 열교환기(100)는 LNG 연료 추진선박의 연료공급장치에서 BOG(Boil Off Gas)를 압축시 발생하는 고온의 열을 흡수하여 압축기의 효율을 높이는데 사용된다.

즉, 압축기는 기체를 압축할 때 발생하는 열 때문에 힘들게 가압한 기체의 밀도가 희박하게 되어 일정 수준이상에는 더 이상 압축이 불가하게 된다.

이에, 압축시 발생하는 열을 냉각하여 줌으로써 더욱더 압축효율을 높일 수 있도록 하였다.

따라서 본발명은 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)가 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 것으로 엘엔지 가스가 안정적으로 공급되며 연료 낭비가 적은 현저한 효과가 있다.

Claims (2)

1. 엘엔지 저장탱크의 액체 상태의 엘엔지를 엔진에 공급하되, 엘엔지 저장탱크의 자연 증발된 천연가스(BOG, Boil Off Gas)는 압축기가 설치되는 열교환기 모듈을 통해 압축된 후 엔진에 공급되는 엘엔지의 선박 엔진 공급방법에 있어서,
   상기 열교환기 모듈은 5개가 순차적으로 연결되며, 각 열교환기 모듈에는 압축기가 설치되어 1단계에서 5단계로 순차적으로 압력이 증가되는 것이며,
   1단계 압축과정으로서, 첫 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG의 압력은 5bar, 온도는 170℃로서, 첫 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 두 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며,
   2단계 압축과정으로서, 상기 두 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG의 압력은 13bar, 온도는 163℃로서, 두 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 세 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며,
   3단계 압축과정으로서, 상기 세 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 압력이 44bar, 온도는 164℃로서, 세 번째 설치된 열교환기 모듈에서 다시 온도가 43℃로 냉각되어 네 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며,
   4단계 압축과정으로서, 상기 네 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 압력이 95bar, 온도가 113℃로서, 네 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기로 유입되며,
   5단계 압축과정으로서, 상기 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈의 압축기에서 압축과정을 거친 BOG는 압력은 300bar가 되고, 온도는 144℃로서, 다섯 번째 설치된 열교환기 모듈에서 43℃로 냉각되어 외부로 배출되게 되는 것이며,
   상기 열교환기 모듈(100)은 내부공간이 형성되어 있는 몸체(110)와, 상기 몸체(110)의 내부에 몸체(110)의 길이방향으로 길게 형성된 복수 개의 칸막이(120)에 의해 복수 개의 공간으로 구획되는 것으로,
   상기 칸막이(120)의 양단부 측에는 칸막이(120)에 의해 구획된 다른 공간으로 유체가 이동할 수 있는 유로구가 형성되고, 상기 몸체(110)의 양측면에는 몸체(110)의 내부로 유체가 유입되는 입수구와 출수구로 이루어져 있는 것이며,
   상기 유체가 몸체(110)의 입수구를 통해 입수되어 복수 개의 칸막이(120)에 의해 분리되어 있는 공간을 순차적으로 통과한 후, 몸체(110)의 출수구를 통해 외부로 유체가 출수되는 것이며,
   상기 몸체(110)는 길이방향의 양단이 개구되도록 형성하고, 상기 몸체(110)의 내부에 장착되는 복수 개의 칸막이(120)는 몸체(110)의 길이보다 짧게 형성하여 몸체(110)와 칸막이(120) 간에는 단차가 형성된 것이며,
   상기 몸체(110)의 양단에 형성된 개구부를 통해 몸체(110)의 내주면과 칸막이(120)의 단부에는 기밀을 강화하기 위한 밀폐수단(130)을 장착함으로써 상기 몸체(110)의 입수구를 통해 입수되는 유체는 칸막이(120)의 양단으로는 누수되지 않고, 상기 칸막이(120)에 형성된 유로구를 통해서만 순차적으로 이동한 후, 몸체(110)의 출수구를 통해 외부로 출수되는 것이며,
   상기 밀폐수단(130)은 칸막이(120)의 단부에 일면이 접촉되도록 장착되는 보강프레임(131)과, 상기 보강프레임(131)의 타면에 기밀을 유지하도록 안착시키는 가스켓(132)과, 상기 가스켓(132)의 외측면에 장착되어 몸체(110)의 양단에 형성된 개구부를 밀폐하는 밀폐판(133)으로 이루어지는 것으로,
   상기 보강프레임(131)과 가스켓(132) 및 밀폐판(133)에는 각각 복수 개의 볼트공이 형성되어 있어 상기 보강프레임(131)과 가스켓(132) 및 밀폐판(133)에 형성된 볼트공을 일치시킨 후, 볼트(134)를 볼트공에 삽입시켜 서로 고정한 것이며,
   더욱 효율적인 기밀유지를 위해서 상기 보강프레임(131)의 면적이 칸막이(120)의 단부 측 면적보다 상대적으로 크게 형성된 것이며,
   고온과 고압의 상태에서 기밀을 유지하기 위해 상기 가스켓(132)은 그라파이트를 소결압축하여 제조한 것을 사용하도록 하며, 상기 보강프레임(131)과 밀폐판(133)은 SUS판을 사용하는 것이며,
   상기 가스켓(132)은 SUS판의 양단에 그라파이트를 부착해서 고압으로 압축 성형하여 제조한 것이며,
   상기 보강프레임(131)은 용접에 의해 몸체(110)의 내주면에 고정되는 것을 특징으로 하는 엘엔지의 선박 엔진 공급방법
   
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